基于PLC的电动机控制系统设计

第４期（总第１７３期）　２０１２年８月　机械工程与自动化　ＭＥＣＨＡＮＩＣＡＬ　ＥＮＧＩＮＥＥＲＩＮＧ　＆　ＡＵＴ（）ＭＡＴＩ（）Ｎ　ＮＯ．４　Ａｕｇ．　文章编号：１６７２—６４１３（２０１２）０４—０１４０—０２　基于ＰＬＣ的电动机控制系统设计　袁连余　（盐城生物工程高等职业技术学校，江苏　盐城　２２４０５１）　摘要：介绍了ＰＬＣ的工作原理，电动机控制系统采用ＡＲＭ芯片作为系统主控芯片，搭配具有强大控制能　力的ＰＬＣ．实现了同时对多个电动机的控制，提供多种模式的选择，并且可以实时显示电动机状态。经实　践证明，本系统具有较高的实用价值。　关键词：ＰＬＣ；电动机；控制系统；设计　中图分类号：ＴＭ３０１：ＴＰ２７３　文献标识码：Ａ　０　引言　１Ｉ　２输出部分　目前，车间大型生产设备多数是由电动机作为作　动器进行工作的，其通过对电动机的启动、停止、转速、　角度等的控制达到对生产设备状态进行控制的目的，　输出部分是将ＣＰＵ的运算结果向外部输出，根　据控制程序的执行结果直接驱动相应负载。在ＰＬＣ　内部设有输出继电器（可能是继电器形式，也可能是晶　进而实现对整个工作流程和生产效率的控制。作为动　力之源的电动机负担了整个系统的动力输出和控制，　而对电动机的状态控制一般采用继电器来进行操作。　与传统的机械式控制相比，ＰＬＣ具有可靠性高、易于　安装和升级、抗电磁干扰能力强以及故障调试方便等　体管形式），每个继电器对应一个硬触点，当程序执行　结果使输出继电器线圈通电时，该输出继电器的输出　触点闭合，实现外部负载的控制运行。　Ｉ　输　入　一Ｉ　输　出　电　路　优点，对当前需要自动化控制的大型工业非常适合，得　到了行业的认可，并且具有广阔的应用前景。　１　ＰＬＣ的工作原理　中央处理单元　（ＣｐＯ）　电　路　可编程序控制器（Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ　Ｌｏｇｉｃ　Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ），　简称ＰＬＣ，是在继电顺序控制基础上发展起来的以微　处理器为核心的通用的工业自动化控制装置。　ＰＬＣ采用了典型的计算机结构，主要由微处理器　（ＣＰＵ）、存储器（ＲＡＭ／ＲＯＭ）、输入输出接口（Ｉ／０）电　路、通信接口及电源组成。ＰＬＣ的内部结构如图１所　示。ＰＬＣ按控制等效电路可分为输入、输出及控制３　个部分。　１．１　输入部分　系统程序存储器ｌ　ｌ系统程序存储器　图ｌ　ＰＬＣ的内邵结构图　回　１．３控制部分　由用户自行编写的ＰＬＣ控制程序存放在ＰＬＣ的　用户程序存储器中，系统运行时，ＰＬＣ依次读取用户　程序存储器中的程序内容，并对其进行解释并执行，执　行结果送输出端子，以使相应的外部负载得到控制。　ＰＬＣ的用户程序采用梯形图的编程方式，它由继电器　控制电路演变而来，所不同的是，它内部的继电器并非　实际的继电器，而是“软”继电器，由软继电器组成的控　输入部分主要负责采集外部指令及设备状态，以　使ＣＰＵ作出判断。ＰＬＣ接收由各主控电器发出的操　制线路并不是真正意义上的物理连接，而只是逻辑关　系上的连接（软接线）。　２电动机控制系统设计　电气控制系统是机械设备的重要组成部分，是机　械的大脑及神经系统，其机构则是机械设备的躯体及　作指令及由各种反映设备状态信息的输入元件传来的　各种状态信息，ＰＬＣ的一个输人点独立对应于一个内　部继电器，当输入点与输入用的公用脚ＣＯＭ接通时，　该输入继电器得电，即存储了采集到的信息。　收稿日期；２０１２－Ｏ２—２７；修回日期：２０１２—０３—１　８　作者简介：袁连余（１９７４一），男，江苏盐城人，讲师，本科，研究方向为自动化及电工技术。　２０１２年第４期　袁连余：基于ＰＬＣ的电动机控制系统设计　·　１４１　·　四肢。因此，机械设备功能的优劣在很大程度上由电　气控制系统来决定。　２．１　系统硬件结构设计　显示系统状态信息，包括控制电动机的个数、各电动机　所处的状态（停止、复位、转动）以及转动时电动机的转　速和角度；初始化输入设备完成后，用户便可以通过输　电动机控制系统结构如图２所示。系统的主控芯　片采用三星公司生产￥３Ｃ２４４０　ＡＲＭ芯片，此款处理　器中的ＣＭＯＳ宏单元和存储单元采用了０．１８　ｍ电　子工艺，其内部总线采用Ａｄｖａｎｃｅｄ　Ｍｉｃｒｏｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ　入设备（键盘等）进行命令输入，从而控制各电动机的　转动。　＜　准备　＞　嵌入式系统启动　Ｉ复位ＰＬｃ　ｌ　Ｂｕｓ　Ａｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅ（ＡＭＢＡ）新型总线结构，具备出色的　全静态设计，利用了多项低功耗技术，系统架构精简，　特别为价格和功耗敏感的应用而精心打造。ＰＬＣ选　用了三菱公司的ＦＸ１Ｎ系列的４８ＭＲ，具有扩展输入　输出，模拟量控制和通讯、链接功能等扩展性，广泛应　用于一般的顺序控制。其中ＬＣＤ面板和输入键盘直　接与ＡＲＭ芯片相连接，与用户进行交互操作；多片　ＰＬＣ与ＡＲＭ进行连接，每一片ＰＬＣ下挂接一个电动　‘　初始化外围设备　等待用户输入　图３　ＡＲＭ控制端软件流程　图４　ＰＬＣ控制端软件流程　当ＰＬＣ接收到ＡＲＭ发送的命令时，ＰＬＣ需要根　据命令的码字进行模式的判断，共有３个模式可以选　择：停止、复位及执行预置的操作。其中预置的操作包　机，这样每片ＰＬＣ既对所属的电动机进行控制，又负　责向ＡＲＭ芯片周期性报告电动机状态，并由ＡＲＭ　芯片依据当前电动机状态向对应的ＰＬＣ发送相关的　校正命令。　括正转、反转、混合转、减速、加速、旋转角度，至于执行　哪种操作应根据具体的命令码字决定。如果执行预置的　操作，则需要输出结果给ＡＲＭ，反馈到用户操作界面。　３　结论　Ｉ　ＰＬＣ＂ＰＬＣ　Ｉ．．．　图２　电动机控制系统结构图　本文设计的电动机控制系统，通过ＡＲＭ对多片　ＰＬＣ的控制，进而实现了对多个电动机的实时自动控　制，利用ＰＬＣ强大丰富的运动控制功能，确保了整个　控制的精确性。经过实践检验，本系统具有良好的扩　操作人员可以同时控制多个电动机，并且由于主　控芯片采用了ＡＲＭ处理器，系统的界面交互能力非　常强，可以实时地采集电动机状态并通过友好的显示　展性，增添新的ＰＬＣ控制电动机非常简便，具有较强　的实用性。　参考文献：　方式呈现出来，既节约了控制资源又能够提供足够多　的操作功能。　２．２系统软件设计　Ｅｌｉ曹爱华，张峰，丁冉．基于ＤＳＰ和ＣＰＬＤ的电机智能保护　装置的设计［Ｊ］．电工技术，２００９（１）：７７—７８．　［２］周兰．基于ＤＳＰ和ＣＰＬＤ的无位置传感器无刷直流电动　系统软件分为两个部分：ＡＲＭ控制端软件和　ＰＬＣ控制端软件，其程序流程如图３、图４所示。　当系统加电启动时，ＡＲＭ芯片会加载其运行的　嵌人式Ｌｉｎｕｘ系统，当系统启动完毕，首先会向ＰＬＣ　发出服务命令，使ＰＬＣ控制的电动机复位到固定的位　置；之后，嵌入式系统将初始化ＬＣＤ显示面板，向用户　机控制系统口］．自动化信息．２０１０（６）：４６—４７．　［３３李文辉。李国强．基于ＰＬＣ的步进电机控制系统设计［Ｊ］．　仪表技术，２００８（９）：２Ｏ一２３．　［４］求是科技．ＰＬＣ应用开发技术与工程实践［Ｍ］．北京：人　民邮电出版社．２００５．　Ｄｅｓｉｇｎ　ｏｆ　Ｍｏｔｏｒ　Ｃｏｎｔｒｏｌ　Ｓｙｓｔｅｍ　Ｂａｓｅｄ　ｏｎ　ＰＬＣ　ＹＵＡＮ　Ｌｉａｎ－ｙｕ　（Ｙａｎｃｈｅｎｇ　Ｂｉｏｌｏｇｉｃａｌ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ　Ｈｉｇｈｅｒ　Ｖｏｃａｔｉｏｎａｌ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　Ｓｃｈｏｏｌ，Ｙａｎｃｈｅｎｇ　２２４０５１，Ｃｈｉｎａ）　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｉｓ　ｐａｐｅｒ　ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｓ　ａ　ＰＬＣ－ｂａｓｅｄ　ｍｏｔｏｒ　ｃｏｎｔｒｏｌ　ｓｙｓｔｅｍ　ｕｓｉｎｇ　ａｎ　ＡＲＭ　ｃｈｉｐ　ａｓ　ｍａｉｎ　ｃｏｎｔｒｏｌ　ｃｈｉｐ．ｗｈｉｃｈ　ｃａｎ　ｃｏｎｔｒｏｌ　ｍｕｌｔｉｐｌｅ　ｍｏｔｏｒｓ　ａｔ　ｔｈｅ　ｓａｍｅ　ｔｉｍｅ，ｗｉｔｈ　ｍｕｌｔｉｐｌｅ　ｃｏｎｔｒｏｌ　ｍｏｄｅｓ　ｔＯ　ｂｅ　ｓｅｌｅｃｔｅｄ。ａｎｄ　ｄｉｓｐｌａｙ　ｔｈｅ　ｍｏｔｏｒ　ｓｔａｔｅ　ｒｅａｌ－ｔｉｍｅｌｙ．Ｔｈｅ　ｆａｃｔ　ｐｒｏｖｅｓ　ｔｈａｔ　ｔｈｅ　ｓｙｓｔｅｍ　ｈａｓ　ｈｉｇｈ　ｐｒａｃｔｉｃａｌ　ｖａｌｕｅ．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ＰＩ　Ｃ；ｍｏｔｏｒ；ｃａｎｔｒｏｌ　ｓｙｓｔｅｍ；ｄｅｓｉｇｎ